一种混菌体系发酵生产丙酸的方法技术

本发明专利技术涉及微生物技术领域，公开了一种混菌体系发酵生产丙酸的方法。该方法将包含产甲烷古菌和产丙酸细菌的厌氧污泥以及厌氧发酵培养基组成发酵体系，通过序批模式进行厌氧发酵，在发酵过程中，逐渐提高发酵体系中的铵根离子浓度至1‑2g/L并维持恒定；发酵过程中收集甲烷，发酵结束后收集发酵液提取丙酸，所剩包含菌群的固体物加入厌氧发酵培养基进行下一轮发酵。本发明专利技术通过调控铵根离子浓度的方式，控制包含产甲烷古菌和产丙酸细菌的厌氧污泥的菌群分布，使得发酵环境有利于产丙酸细菌的增殖，在生产高浓度和高纯度丙酸的同时可获得较多的甲烷，材料来源不受限制，投入产出比较低，利于工业化实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微生物
，具体的说是涉及一种混菌体系发酵生产丙酸的方法。
技术介绍
丙酸及丙酸盐是一种非常重要的化工品，可广泛地被用作食品、饲料、医药工业的原料。随着这些工业的不断发展，对丙酸的需求量也日益增加，但国内生产的丙酸量远远不足，每年都需要依赖大量进口，因此发展丙酸生产和开发新的丙酸生产工艺显得非常迫切。丙酸主要来源于化学合成法和微生物发酵法，工业上主要通过从化石原料如乙烯和一氧化碳的羰基合成得到的醛液化，丙烷气化或丙腈氧化合成，但其面临效率低成本高等缺点，相比之下，采用微生物发酵生成液体的化学品更具吸引力：操作条件更加温和，产物利用速率快，减少化学合成过程对环境的破坏、对环境更加友好。现有的微生物发酵法主要为纯菌发酵，用Propionibacterium acidipropionici(产丙酸杆菌)发酵可以达到较高的丙酸累积浓度40-100g/L，但乙酸和琥珀酸等副产物的累积使其纯度只有70-75％，采用单一纯菌发酵生产高纯度的丙酸在大规模的工业很难实现。而混菌体系中加入对产丙酸菌有益的其他菌株发酵，虽然丙酸浓度不及纯菌发酵，但是在纯度上却能够显著优于纯菌发酵。如文献《新型混菌发酵制备丙酸工艺及其优化》(刘寅，孙浩等，食品工业科技，2013年第14期)就公开了丙酸菌和酵母菌混合发酵的技术方案，在最优发酵条件下，丙酸浓度达到24.16g/L，纯度达到98％以上。虽然，从丙酸浓度和纯度上该技术方案都达到了较高的水平，然而其所采用的丙酸菌株是经过保藏的特种菌株，而且需要单独加入酵母菌，避免其他杂菌的引入对该混菌体系的影响，不仅菌株来源受限，而且所耗费的成本是较大；此外产物仅是丙酸，投入产出比高，工业价值低。大规模的工业化需要来源更加广泛以及性价比较高的原材料，而现有技术明显不能满足工业化的需求，只能是实验室阶段的理论研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种混菌体系发酵生产丙酸的方法，使得该方法以来源广泛的发酵原料为起始进行丙酸发酵生产，实现较高浓度和纯度的丙酸目标，同时能够生产副产物甲烷，更利于实现工业化。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种混菌体系发酵生产丙酸的方法，包括：将包含产甲烷古菌和产丙酸细菌的厌氧污泥以及厌氧发酵培养基组成发酵体系，通过序批模式进行厌氧发酵，在发酵过程中，逐渐提高发酵体系中的铵根离子浓度至1-2g/L并维持恒定；发酵过程中持续收集甲烷，发酵结束后收集发酵液提取丙酸，所剩包含菌群的固体物加入厌氧发酵培养基进行下一轮发酵。针对现有的混菌发酵生产丙酸的方法在起始原料方面受到限制，且整体投入产出比较高的缺陷，本专利技术采用来源广泛的厌氧污泥作为菌种来源，如污水处理厂的厌氧污泥或养殖场废水中的厌氧污泥，其中包含了多种菌群，基本上都具有产甲烷古菌和产丙酸细菌，通过在厌氧发酵过程中控制铵根离子的手段来控制整个菌群的比例，实现抑制原有菌群中丙酸氧化菌的活性，提高产丙酸细菌的百分比，不影响产甲烷古菌的活性的目的，进一步提高了丙酸的浓度和纯度，同时收获较高产量的副产物甲烷。其中，作为优选，所述产甲烷古菌包含甲烷丝菌(Methanosaeta)和甲烷杆菌(Methanobacterium)；所述产丙酸细菌包含紫单胞菌(Porphyromonadaceae)和梭菌(Clostridiaceae)。在本专利技术具体的实施方式中，本专利技术所采用的厌氧污泥为包含Methanosaeta 8-10％，Methanobacterium 0.4-2.5％，Clostridiaceae 2.5％，Porphyromonadaceae 1.7-1.9％的厌氧污泥。更具体地，所述厌氧污泥为Methanosaeta 8％，Methanobacterium 0.4％，Dethiosulfovibrionaceae 9.1％，Anaerolinaceae 7.1％，Streptococcaceae 6.9％，Syntrophobacteraceae 4.2％，Cloacamonaceae 3.7％，Syntrophorhabdaceae 3.5％，SB-1 3.4％，Geobacteraceae 3.1％，Clostridiaceae 2.5％，Porphyromonadaceae 1.9％，Pseudomonadaceae 1.7％，Syntrophomonadaceae 1.6％，[Tissierellaceae]1.5％，Syntrophaceae 1.5％，Synergistaceae 1.3％，Lachnospiraceae 1.2％，[Mogibacteriaceae]1％，Peptococcaceae 0.6％，Thermotogaceae 0.5％，Carnobacteriaceae 0.5％，其他含量低于0.5％及未被分类菌群共34.8％；或Methanosaeta10％，Methanobacterium 2.5％，Anaerolinaceae 15.5％，Streptococcaceae 12.8％，Cloacamonaceae 6.5％，Thermotogaceae 6.2％，Dethiosulfovibrionaceae 4.2％，Ruminococcaceae 3.6％，Enterobacteriaceae 2.7％，Clostridiaceae 2.5％，Peptococcaceae 2.3％，Syntrophomonadaceae 1.9％，Porphyromonadaceae 1.7％，Geobacteraceae 1.7％，Gracilibacteraceae 1.6％，Synergistaceae 0.9％，Pseudomonadaceae 0.6％，Sphaerochaetaceae 0.5％，其他含量低于0.5％及未被分类菌群共22.3％；本专利技术所述厌氧培养基可采用本领域常规的厌氧培养基，在本专利技术中提供了更加适宜的培养基，包括：NH4Cl，530mg/L；KH2PO4·2H2O，200mg/L；Na2SO4mg/L，40mg/L；KCl，50mg/L；CaCl2，10mg/L；MgCl2·6H2O，70mg/L；MnCl2·4H2O，0.8mg/L；CoCl2·2H2O，1.2mg/L；FeSO4·7H2O，3.2mg/L；AlCl3，0.5mg/L；NaMO4·2H2O，1mg/L；H3BO3，0.2mg/L；NiCl2·6H2O，0.5mg/L；CuCl2·2H2O，1.1mg/L；ZnSO4·2H2O，3.2mg/L；EDTA，3.0mg/L。此外，还可以使用其他成分的厌氧培养基，例如包括如下成分的培养基：NH4Cl，300mg/L；K2HPO4，150mg/L；NaHCO3，700mg/L；CaCl2，50mg/L；MgCl2·6H2O，12mg/L；FeCl2，12mg/L；NaCl，10mg/L；MnCl2·4H2O，5mg/L；CoCl2·6H2O，5mg/L；AlCl3·6H2O，4.5mg/L；H3BO3，5mg/L；(NH4)6Mo7O24·4H2O，5mg/L；N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混菌体系发酵生产丙酸的方法，其特征在于，包括：将包含产甲烷古菌和产丙酸细菌的厌氧污泥以及厌氧发酵培养基组成发酵体系，通过序批模式进行厌氧发酵，在发酵过程中，逐渐提高发酵体系中的铵根离子浓度至1‑2g/L并维持恒定；发酵过程中收集甲烷，发酵结束后收集发酵液提取丙酸，所剩包含菌群的固体物加入厌氧发酵培养基进行下一轮发酵。

【技术特征摘要】
1.一种混菌体系发酵生产丙酸的方法，其特征在于，包括：将包含产甲烷古菌和产丙酸细菌的厌氧污泥以及厌氧发酵培养基组成发酵体系，通过序批模式进行厌氧发酵，在发酵过程中，逐渐提高发酵体系中的铵根离子浓度至1-2g/L并维持恒定；发酵过程中收集甲烷，发酵结束后收集发酵液提取丙酸，所剩包含菌群的固体物加入厌氧发酵培养基进行下一轮发酵。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述产甲烷古菌包含甲烷丝菌(Methanosaeta)和甲烷杆菌(Methanobacterium)。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述产丙酸细菌包含紫单胞菌(Porphyromonadaceae)和梭菌(Clostridiaceae)。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述厌氧污泥为污水处理厂的厌氧发酵污泥或养殖场废水中的厌氧污泥。5.根据权利要求1或4所述方法，其特征在于，所述厌氧污泥为包含Methanosaeta 8-10％，Methanobacterium 0.4-2.5％，Clostridiaceae 2.5％，Porphyromonadaceae 1.7-1.9％的厌氧污泥。6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述厌氧培养基包括：NH4Cl，530mg/L；KH2PO4·2H2O，200mg/L；Na2SO4，40mg/L；KCl，50mg/L；CaCl2，10mg/L；MgCl2·6H2O，70mg/L；MnCl2·4H2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾建雄，王婷，陈赟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34